發(fā)酵工程期末復(fù)習(xí)題要點(diǎn)

PAGE22發(fā)酵工程第一章緒論1.發(fā)酵：1）傳統(tǒng)發(fā)酵2）生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵3）工業(yè)上的發(fā)酵傳統(tǒng)發(fā)酵工程：利用微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)來(lái)大量生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品的過(guò)程理論與工程技術(shù)體系。該技術(shù)體系主要包括菌種選育與保藏、菌種擴(kuò)大生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物的生物合成與分離純化制備等技術(shù)集成?，F(xiàn)代發(fā)酵工程：是將DNA重組及細(xì)胞融合技術(shù)、酶工程技術(shù)、組學(xué)及代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控技術(shù)、過(guò)程工程優(yōu)化與放大技術(shù)等新技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)酵工程融合，大大提高傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)水平，拓展傳統(tǒng)發(fā)酵應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品范圍的一種現(xiàn)代工業(yè)生物技術(shù)體系（新一代工業(yè)生物技術(shù)）。工業(yè)上的發(fā)酵：利用微生物、植物、動(dòng)物，在合適的條件下，經(jīng)特定的代謝途徑轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物的過(guò)程。2.發(fā)酵工程是生物技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心。3.發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和特異性：手性或光學(xué)活性2.過(guò)程安全性：水相、常溫、常壓、中性、不燃不爆3.主要原料可再生性：陽(yáng)光和土地4.原料可替換性5.反應(yīng)自控性6.設(shè)備通用性7.副產(chǎn)物可綜合利用性8.生產(chǎn)能力可提高性：突變與基因擴(kuò)增9.產(chǎn)物類型可塑性：突變與轉(zhuǎn)基因缺點(diǎn)：1.副產(chǎn)物多，分離精制困難2.反應(yīng)速度慢3.原料轉(zhuǎn)化率低4.反應(yīng)濃度低5.生產(chǎn)穩(wěn)定性差6.設(shè)備龐大，輔助設(shè)備多，投資大7.廢水、廢渣排放量大，處理費(fèi)用高8.生產(chǎn)過(guò)程容易受到其他微生物的污染9.通氣、攪拌、冷卻等能耗大4.發(fā)酵工業(yè)的范圍微生物菌體酶制劑代謝產(chǎn)物生物轉(zhuǎn)化第二章發(fā)酵工程菌種一發(fā)酵工業(yè)中常用微生物菌種（了解）（一）細(xì)菌1、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)2、大腸桿菌(Escherichiacoli)3、乳酸桿菌(Lactobacillussp.)4、丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutyleum)5、腸膜狀明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)6、醋酸菌(Acetobacter)7、棒狀桿菌(Corynebacterium)8、短桿菌(Brevibacterium)9、黃單胞菌(Xanthomonas)10、假單胞菌(Pseudomonas)（二）放線菌1、鏈霉菌屬(Streptomyces)2、小單胞菌屬(Micromonospora)3、游動(dòng)放線菌屬（Actinoplanes）4、諾卡氏菌屬(Norcadia)5、孢囊鏈霉菌屬(Streptosporangium)（三）酵母菌1、啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)2、葡萄汁酵母(Saccharomycesuvarum)4、球擬酵母(Toruiopsis)5、假絲酵母(Candida)6、紅酵母(Rhodotorula)7、棉病針孢酵母(Nematsporagossypii)8.畢赤氏酵母(Pichia)（四）霉菌1、根霉(Rhizopus)2、毛霉(Mucor)3、曲霉(Aspergillus)4、青霉(Penicillum)5、白地霉(Geotrichumcandidum)6、產(chǎn)黃頭孢霉(Cephalosporiumchrysogen)二.盡管工業(yè)用微生物菌種多種多樣，但作為大規(guī)模生產(chǎn)，選擇菌種應(yīng)遵循以下原則：1、能在廉價(jià)原料制成的培養(yǎng)基上迅速生長(zhǎng)，并形成所需的代謝產(chǎn)物，產(chǎn)量高；2、培養(yǎng)條件易于控制；3、生長(zhǎng)速度和反應(yīng)速度較快，發(fā)酵周期較短；4、滿足代謝控制的要求；5、選育抗噬菌體和雜菌能力強(qiáng)的菌株；6、菌種純粹，不易變異退化，以保證發(fā)酵生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。7、菌種不是病原菌，不產(chǎn)生有害的生物活性物質(zhì)和毒素，以保證安全。8、發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的泡沫少，有利于提高裝料系數(shù)和單罐產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本；9、對(duì)需要添加的前體物質(zhì)有耐受能力，且不能將前體物質(zhì)作為碳源使用。三.發(fā)酵工程工業(yè)生產(chǎn)水平的三個(gè)決定要素:生產(chǎn)菌種的性能發(fā)酵和提取工藝條件生產(chǎn)設(shè)備四.高產(chǎn)培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的幾個(gè)原則制備一系列的培養(yǎng)基，其中有各種類型的養(yǎng)分成為生長(zhǎng)限制因素；使用一聚合或復(fù)合形式的生長(zhǎng)限制養(yǎng)分；避免使用容易同化的碳源或氮源，防止分解代謝物阻遏；確定含有所需的輔因子（Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+）；使用pH緩沖劑以減少pH變化；前體、促進(jìn)劑及抑制劑的采用。五.菌種選育：自然選育誘變育種雜交育種(有性、準(zhǔn)性)原生質(zhì)體融合育種基因工程育種六.自然選育：在生產(chǎn)過(guò)程中，不經(jīng)過(guò)人工處理，利用菌種的自發(fā)突變而進(jìn)行菌種篩選的過(guò)程叫自然選育。自發(fā)突變(spontaneousmutation)，也稱自然突變，指某些微生物在沒(méi)有人工參與下所發(fā)生的那些突變，但這決不意味著這種突變是沒(méi)有原因的。自然選育的一般程序：制備單孢子（單細(xì)胞）懸液∨適當(dāng)稀釋∨在固體平板上分離∨挑取部分單菌落進(jìn)行生產(chǎn)能力測(cè)定∨經(jīng)反復(fù)篩選以確定生產(chǎn)能力更高的菌株替代原來(lái)的菌株七.誘變育種表型遲延現(xiàn)象：遺傳物質(zhì)經(jīng)誘變處理后發(fā)生的突變，必須經(jīng)復(fù)制才能表現(xiàn)出來(lái)。第三章種子擴(kuò)大培養(yǎng)一.種子擴(kuò)大培養(yǎng)：定義：菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)就是把保藏在砂土管、冷凍干燥管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化，再經(jīng)過(guò)扁瓶或搖瓶和種子罐，逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)后達(dá)到一定的數(shù)量和質(zhì)量的純種培養(yǎng)過(guò)程。這些純種的培養(yǎng)物稱為種子。二.作為生產(chǎn)用種子的準(zhǔn)則1）菌種細(xì)胞的生長(zhǎng)活力強(qiáng)，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長(zhǎng)，延滯期短。2）生理性狀穩(wěn)定3）菌體總量及濃度能滿足大容量發(fā)酵罐的要求4）無(wú)雜菌污染5）保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力三.種子罐種子制備的工藝工程因菌種不同而異，一般可分為：一級(jí)種子、二級(jí)種子、三級(jí)種子對(duì)于生長(zhǎng)快的細(xì)菌，種子用量比例小，故種子罐相應(yīng)也少。如：谷氨酸生產(chǎn)中，采用茄瓶斜面或搖瓶種子接入種子罐于32℃培養(yǎng)7～10h，菌體濃度達(dá)108～109個(gè)/ml，即可接入發(fā)酵罐作為種子。這稱為一級(jí)種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)，也稱二級(jí)發(fā)酵。生長(zhǎng)較慢的菌種，如青霉素生產(chǎn)菌種，其孢子懸浮液接入一級(jí)種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)于27℃培養(yǎng)40h，此時(shí)孢子發(fā)芽，長(zhǎng)出短菌絲，再移至含有新鮮培養(yǎng)基的第二級(jí)種子罐，于27℃培養(yǎng)10～24h，菌絲迅速繁殖，獲粗壯菌體，即可移至發(fā)酵罐作為種子。這稱為二級(jí)種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)，也稱三級(jí)發(fā)酵。一般50m3發(fā)酵罐都采用三級(jí)發(fā)酵生長(zhǎng)更慢的菌種，鏈霉素生產(chǎn)菌種灰色鏈霉菌，一般采用三級(jí)種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)（四級(jí)發(fā)酵）在小型罐（5～500L）中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常采用直接將孢子或菌絲體接入罐中發(fā)酵，這可稱為一級(jí)發(fā)酵。四.移種方式：1）單種：一個(gè)種子罐接種到一個(gè)發(fā)酵罐中。2）雙種：為加大接種量，兩個(gè)種子罐接種到一個(gè)發(fā)酵罐中。3）倒種：種子罐染菌又無(wú)備用種子時(shí)或種子質(zhì)量不理想可采樣倒種法，以適宜的發(fā)酵罐倒出部分給另一發(fā)酵罐。4）混種：一部分種子來(lái)源于種子罐，一部分來(lái)源于發(fā)酵罐。五.種齡——種子罐中培養(yǎng)的菌體開(kāi)始移入下一級(jí)種子罐或發(fā)酵罐時(shí)的培養(yǎng)時(shí)間。六.接種量——是指移入的種子液體積和接種后培養(yǎng)液體積的比例。（接種量：細(xì)菌1-5%，酵母5-10%，霉菌10-20%）大多數(shù)抗生素發(fā)酵的最適接種量為7～15%，有時(shí)可增加到20～25%；而由棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸接種量只需1%。除了始于斜面培養(yǎng)的初次接種外，發(fā)酵過(guò)程的各階段接種量一般均需0.5～10%的接種量。七.種子質(zhì)量的判斷1、細(xì)胞或菌體2、生化指標(biāo)通常測(cè)定的參數(shù)有：1）pH2）培養(yǎng)基滅菌后磷、糖、氨基氮的含量變化3）菌體形態(tài)、菌體濃度和培養(yǎng)液外觀（色素、顆粒等）4）其它參數(shù)，如某種酶的活力3、產(chǎn)物生成量4、酶活力第四章發(fā)酵工業(yè)原料及其處理培養(yǎng)基基本要求：1)都必須含有作為合成細(xì)胞組成的原料。2)滿足一般生化反應(yīng)的基本條件，如碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子；3)一定的pH等條件。4）工業(yè)生產(chǎn)培養(yǎng)基所用的原材料必須來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)量穩(wěn)定。二.培養(yǎng)基的成分及來(lái)源1.、碳源2.、氮源3.、無(wú)機(jī)鹽及微量元素4.、生長(zhǎng)因子5.、前體、促進(jìn)劑和抑制劑碳源常用碳源：糖類、油脂、有機(jī)酸和低碳醇。各種菌種對(duì)不同碳源的利用速率和效率不一樣。氮源1.有機(jī)氮源2.無(wú)機(jī)氮源有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源應(yīng)當(dāng)混合使用早期：容易利用易同化的氮源—無(wú)機(jī)氮源中期：菌體的代謝酶系已形成、則利用蛋白質(zhì)3.有機(jī)氮源常用：花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白陳、酵母粉、魚(yú)粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟等。它們?cè)谖⑸锓置诘牡鞍酌缸饔孟拢獬砂被?，被吸收后再進(jìn)一步分解代謝。成分復(fù)雜：除提供氮源外，有些有機(jī)氮源還提供大量的無(wú)機(jī)鹽及生長(zhǎng)因子。4.無(wú)機(jī)氮源：常用的有：銨鹽、硝酸鹽和氨水等。無(wú)機(jī)氮源的迅速利用會(huì)引起pH的變化。生理酸性物質(zhì)：硫酸銨。生理堿性物質(zhì)：如硝酸鈉。在常用的無(wú)機(jī)氮中，硫酸銨被菌體利用后會(huì)使培養(yǎng)液的pH下降，為生理酸性物質(zhì)；硝酸鈉被同化時(shí)則引起培養(yǎng)液pH上升，為生理堿性物質(zhì)。正確使用生理酸堿性物質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程的pH有積極作用。5.無(wú)機(jī)氮源和尿素、玉米漿等可被迅速利用，為速效氮源；蛋白質(zhì)氮?jiǎng)t需先水解成肽和氨基酸后才能被吸收利用，屬遲效氮源。三.前體：指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過(guò)程中能直接結(jié)合到產(chǎn)物中，而自身結(jié)構(gòu)沒(méi)有多大變化，但是產(chǎn)物產(chǎn)量卻有較大提高。抑制劑：會(huì)抑制某些代謝途徑的進(jìn)行，同時(shí)會(huì)使另一代謝途徑活躍，從而獲得人們所需的某種產(chǎn)物，或使正常代謝的某一代謝中間物積累起來(lái)。促進(jìn)劑：指那些既不是營(yíng)養(yǎng)物又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑。四.培養(yǎng)基成分和配比的選擇注意事項(xiàng)：1、要注意快速利用的碳(氮)源和慢速利用的碳(氮)源的相互配比。2、選用適當(dāng)?shù)奶嫉取?、要注意生理酸、堿性鹽和pH緩沖劑的加入和搭配。培養(yǎng)基設(shè)計(jì)與優(yōu)化的任務(wù)：確定最佳成分組成確定各成分的最佳配比確定最佳pH確定最佳配制工藝培養(yǎng)基中影響菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的因素：培養(yǎng)基組成（包括原料來(lái)源與加工方法）配比緩沖能力黏度消毒是否徹底消毒對(duì)營(yíng)養(yǎng)的破壞程度原料的雜質(zhì)五.水解方法三類：酸水解（副反應(yīng)多，最差），酶水解（生產(chǎn)周期長(zhǎng)），酸酶結(jié)合水解法酸解法優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，水解時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，設(shè)備周轉(zhuǎn)快。缺點(diǎn)：副產(chǎn)物多，影響糖液純度，一般DE值只有90％左右。對(duì)淀粉原料要求嚴(yán)格，不能用粗淀粉，只能用純度較高的精制淀粉。酶解法優(yōu)點(diǎn)：（1）反應(yīng)條件溫和，不需高溫、高壓設(shè)備。（2）副反應(yīng)少，水解糖液純度高。（3）對(duì)原料要求粗放，可用粗原料并在較高淀粉乳濃度下水解。（4）糖液顏色淺，質(zhì)量高。缺點(diǎn)：（1）生產(chǎn)周期長(zhǎng)，一般需要48小時(shí)。（2）需要更多的設(shè)備，且操作嚴(yán)格。酸酶結(jié)合法集酸解法和酶解法的優(yōu)點(diǎn)而采取的生產(chǎn)工藝。根據(jù)原料淀粉性質(zhì)分：酸酶法酶酸法六.發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基的滅菌方法：化學(xué)試劑滅菌法，射線滅菌法，干熱滅菌法，濕熱滅菌法，過(guò)濾除菌法，火焰滅菌法致死溫度：殺死微生物的極限溫度。致死時(shí)間：在此溫度下，殺死全部微生物所需要的時(shí)間。熱阻：對(duì)熱的抵抗力，指微生物在某一特定條件（主要是溫度和加熱方式）下的致死時(shí)間。相對(duì)熱阻：幾種微生物對(duì)熱的相對(duì)抵抗能力。指微生物在某一特定條件下的致死時(shí)間與另一微生物在相同條件下的致死時(shí)間的比值。對(duì)數(shù)殘留定律：在一定溫度下，微生物的受熱死亡遵照分子反應(yīng)速度理論。在滅菌過(guò)程中，微生物的死亡速率與任一瞬時(shí)殘存的活菌數(shù)成正比,對(duì)數(shù)殘留定律。-dN/d=NN：培養(yǎng)基中活的微生物個(gè)數(shù)；：時(shí)間（s）;：比死亡速率（s-1）(死亡速率常數(shù))dN/d：微生物的瞬間變化率，即死亡速率微生物的受熱死亡屬于單分子反應(yīng)，其滅菌速率常數(shù)K與溫度之間的關(guān)系可用阿累尼烏斯公式表示：K—滅菌速度常數(shù)（s-1），也稱反應(yīng)速度常數(shù)或比死亡速度常數(shù).A—比例常數(shù)E—?dú)⑺兰?xì)菌所需的活化能，(E)（×4.18J/mol）T—絕對(duì)溫度，(K)R—?dú)怏w常數(shù)，[1.978×4.18J/(mol·K)]e—2.71(exp)影響滅菌的因素：微生物細(xì)胞中水分對(duì)滅菌的影響細(xì)胞含水越多，蛋白質(zhì)變性的溫度越低微生物細(xì)胞菌齡對(duì)滅菌的影響老細(xì)胞水分含量低、低齡細(xì)胞水分含量高培養(yǎng)基的物理狀態(tài)對(duì)滅菌的影響培養(yǎng)基中微生物數(shù)量對(duì)滅菌的影響1.為什么說(shuō)培養(yǎng)基中脂肪、糖分和蛋白質(zhì)的含量越高，滅菌溫度就得相應(yīng)高些？答：培養(yǎng)液中油脂、糖類及一定濃度的蛋白質(zhì)會(huì)增加微生物的耐熱性，高濃度有機(jī)物會(huì)包于細(xì)胞周圍形成一層薄膜，影響熱的傳遞；因此，在固形物含量高的情況下，滅菌溫度可高些。高濃度鹽類、色素能削減其耐熱性。2.滅菌的徹底與否應(yīng)以殺死營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞為準(zhǔn)還是殺死細(xì)菌孢為標(biāo)準(zhǔn)，為什么？3.在滅菌過(guò)程中，為什么說(shuō)培養(yǎng)基發(fā)生泡沫對(duì)滅菌很不利？答：泡沫中的空氣形成隔熱層,使傳熱困難，熱難穿透過(guò)去殺滅微生物。因而有時(shí)需要在培養(yǎng)基中加入消泡沫劑以減少泡沫的產(chǎn)生，或適當(dāng)提高滅菌溫度，延長(zhǎng)滅菌時(shí)間。4.問(wèn)題判斷培養(yǎng)基的PH值越低，滅菌所需的時(shí)間就愈短。（）在實(shí)際生產(chǎn)中，不宜采用嚴(yán)重霉腐的腐敗的水質(zhì)，是因?yàn)槠湮⑸飻?shù)量多，影響滅菌效果。（）在滅菌過(guò)程中，充分?jǐn)嚢韪欣跍缇?。（）年輕細(xì)胞比年老細(xì)胞更易殺死。（）微生物含水量越多，滅菌時(shí)間就得越長(zhǎng)。（）七.空消：實(shí)消：連消：第五章無(wú)菌空氣的制備一.無(wú)菌要求：在發(fā)酵過(guò)程中不因空氣染菌而造成損失。一般要求1000次使用周期中只允許有一個(gè)菌通過(guò)，即經(jīng)除菌后空氣的無(wú)菌程度為N=10-3。二..空氣的除菌方法1.輻射殺菌2．熱殺菌3．靜電除菌4．過(guò)濾除菌法三…空氣過(guò)濾除菌空氣過(guò)濾除菌的原理深層過(guò)濾：以棉花、玻璃纖維、活性炭為過(guò)濾介質(zhì)。介質(zhì)過(guò)濾是以大空隙的介質(zhì)過(guò)濾層除去較小顆粒，這顯然不是面積過(guò)濾（即不是絕對(duì)過(guò)濾），而是一種滯留現(xiàn)象。這種滯留現(xiàn)象是由多種作用機(jī)制構(gòu)成的，主要有慣性碰撞、阻截、布朗運(yùn)動(dòng)、重力沉降和靜電吸引等。四.過(guò)濾除菌流程的設(shè)備（了解）常用的過(guò)濾介質(zhì)：1）棉花2)活性炭3）玻璃纖維4）玻璃纖維紙第六章氧的供需與傳遞1.呼吸強(qiáng)度（比耗氧速率）單位質(zhì)量的菌體(以干重計(jì))在單位時(shí)間內(nèi)消耗氧的量mmolO2/（g干細(xì)胞·h）。用Qo2表示。2.耗氧速率指單位體積培養(yǎng)液在單位時(shí)間內(nèi)的消耗氧的量，以r表示，單位為[mmolO2/L·h]。3.臨界氧濃度：在溶氧濃度低時(shí)，呼吸強(qiáng)度隨溶解氧濃度的增加而增加，當(dāng)溶氧濃度達(dá)到某一值后，呼吸強(qiáng)度不再隨溶解氧濃度的增加而變化時(shí)的溶解氧濃度。用C臨界表示臨界溶氧濃度CCr:指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度。4.飽和溶氧濃度：在一定溫度和壓力下，空氣中的氧在水中的溶解度。(mmol/L)5.最適氧濃度：6.氧的傳遞供氧：空氣中的氧從空氣泡里通過(guò)氣膜、氣液界面和液膜擴(kuò)散到液體主流中。耗氧：氧分子自液體主流通過(guò)液膜、菌絲叢、細(xì)胞膜擴(kuò)散到細(xì)胞內(nèi)①?gòu)臍馀葜械臍庀鄶U(kuò)散通過(guò)氣膜到氣液界面；②通過(guò)氣液界面；③從氣液界面擴(kuò)散通過(guò)氣泡的液膜到液相主體；④液相溶解氧的傳遞；⑤從液相主體擴(kuò)散通過(guò)包圍細(xì)胞的液膜到大細(xì)胞表面；⑥氧通過(guò)細(xì)胞壁；⑦微生物細(xì)胞內(nèi)氧的傳遞；通常③和⑤步傳遞阻力最大，是整個(gè)過(guò)程的控制步驟7.測(cè)定溶氧傳遞系數(shù)的方法：亞硫酸鹽氧化法，取樣極譜法，排氣法，物物料衡算法，動(dòng)態(tài)法。第七章微生物發(fā)酵機(jī)制1.酵母菌酒精發(fā)酵一型：酵母菌酒精發(fā)酵三型：酵母菌酒精發(fā)酵Ⅱ型1mol葡萄糖只產(chǎn)生1mol甘油，不產(chǎn)生ATP，整個(gè)過(guò)程無(wú)ATP積余，可見(jiàn)在甘油發(fā)酵過(guò)程中亞硫酸鹽不能加得太多，否則會(huì)使酵母菌因得不到能量而終止發(fā)酵，必須留一部分酒精發(fā)酵，以使獲得一些能量，供生命活動(dòng)所需。該過(guò)程也稱酵母菌的II型發(fā)酵。2.同型乳酸發(fā)酵：進(jìn)行乳酸發(fā)酵的主要是細(xì)菌。它們利用糖經(jīng)糖酵解途徑生成丙酮酸，丙酮酸還原產(chǎn)生乳酸。發(fā)酵產(chǎn)物中主要為乳酸的稱為同型乳酸發(fā)酵。如乳鏈球菌（Streptococcuslactics）、乳酪球菌（Streptococcuscremoris）、干酪乳桿菌（lactobacilluscasei）、保加利亞乳桿菌（Lac.bulgaricus）等。異型乳酸發(fā)酵：發(fā)酵產(chǎn)物中除乳酸外同時(shí)還有比例較高的乙酸、乙醇、二氧化碳等，稱為異型乳酸發(fā)酵。其生物合成途徑有兩種。1.6-磷酸葡萄糖酸途徑2.Bifidus途徑（雙歧途徑）3.檸檬酸的發(fā)酵機(jī)制檸檬酸的合成途徑黑曲霉(Asp.niger)原料：糖類，乙醇，醋酸途徑：EMP（HMP）丙酮酸羧化TCA環(huán)黑曲霉生長(zhǎng)，EMP與HMP途徑的比率是2：1，生產(chǎn)檸檬酸時(shí)為4：1。葡萄糖＞檸檬酸(citricacid)理論轉(zhuǎn)化率：106.7%檸檬酸積累機(jī)理：1、由于錳的缺乏，抑制了蛋白質(zhì)的合成，而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的NH4+濃度升高，促進(jìn)了EMP途徑的暢通。2、由組成型的丙酮酸羧化酶源源不斷提供草酰乙酸。3、在控制Fe++含量的情況下，順烏頭酸酶活性低，從而使檸檬酸積累。順烏頭酸水合酶在催化時(shí)建立如下平衡檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸＝90：3：7檸檬酸積累的代謝調(diào)節(jié)：糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)及時(shí)補(bǔ)加草酰乙酸檸檬酸的發(fā)酵機(jī)制：4.谷氨酸合成途徑谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，谷氨酸生產(chǎn)菌屬于生物素缺陷型菌種5.許多抗生素的基本結(jié)構(gòu)是由少數(shù)幾種初級(jí)代謝產(chǎn)物構(gòu)成的，所以次級(jí)產(chǎn)物是以初級(jí)產(chǎn)物為母體衍生出來(lái)的，次級(jí)代謝途徑并不是獨(dú)立的，而是與初級(jí)代謝途徑有密切聯(lián)系的。糖代謝的中間體，既可以來(lái)合成初級(jí)代謝產(chǎn)物，又可以來(lái)合成次級(jí)代謝產(chǎn)物，這種中間體叫分叉中間體，如丙二酰CoＡ。微生物的初級(jí)代謝對(duì)次級(jí)代謝具有調(diào)節(jié)作用。第八章發(fā)酵動(dòng)力學(xué)得率：是指被消耗的物質(zhì)和所合成產(chǎn)物之間的量的關(guān)系。生長(zhǎng)得率：是指每消耗1g(或mo1)基質(zhì)(一般指碳源)所產(chǎn)生的菌體重(g)。轉(zhuǎn)化率：指投入的原料與合成產(chǎn)物數(shù)量之比?；|(zhì)比消耗速率(qs，g(或mo1)／g菌體·h)：指每克菌體在一小時(shí)內(nèi)消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量。它表示細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用的速率或效率。在比較不同微生物的發(fā)酵效率上這個(gè)參數(shù)很有用。產(chǎn)物比生產(chǎn)速率(qp，g(或mo1)／g菌體·h)：指每克菌體在一小時(shí)內(nèi)合成產(chǎn)物的量，它表示細(xì)胞合成產(chǎn)物的速度或能力，可以作為判斷微生物合成代謝產(chǎn)物的效率。分批培養(yǎng)（batchculture）指在一個(gè)密閉系統(tǒng)內(nèi)一次性投入有限數(shù)量營(yíng)養(yǎng)物進(jìn)行發(fā)酵的方法。連續(xù)培養(yǎng)（continuousculture）指在一開(kāi)放系統(tǒng)中，以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)連續(xù)供給新鮮培養(yǎng)基，同時(shí)以相同速度將含有微生物和產(chǎn)物的培養(yǎng)液從發(fā)酵罐內(nèi)放出，從而使發(fā)酵罐內(nèi)液體量維持恒定，使培養(yǎng)物在近似恒定狀態(tài)下生長(zhǎng)和進(jìn)行代謝活動(dòng)的方法。補(bǔ)料分批培養(yǎng)（fed-batchculture）指在分批發(fā)酵中間歇地或連續(xù)地補(bǔ)加（流加）新鮮培養(yǎng)基的方法。2.分批培養(yǎng)中的產(chǎn)物形成：Ⅰ型：生長(zhǎng)偶聯(lián)產(chǎn)物生成——菌體生長(zhǎng)、碳源利用和產(chǎn)物形成幾乎在相同時(shí)間出現(xiàn)高峰。產(chǎn)物形成直接與碳源利用有關(guān)。Ⅱ型：生長(zhǎng)與產(chǎn)物生成部分偶聯(lián)——在生長(zhǎng)開(kāi)始后并無(wú)產(chǎn)物生成，在生長(zhǎng)繼續(xù)進(jìn)行到某一階段才有產(chǎn)物生成。產(chǎn)物形成間接與碳源利用有關(guān)。Ⅲ型：非生長(zhǎng)偶聯(lián)產(chǎn)物生成——在生長(zhǎng)停止后才有產(chǎn)物生成。產(chǎn)物形成與碳源利用無(wú)準(zhǔn)量關(guān)系。分批發(fā)酵中生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的關(guān)系：第九章發(fā)酵過(guò)程的控制1.代謝參數(shù)按性質(zhì)可分為三類：物理參數(shù)：溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓、空氣流量、溶解氧、表觀粘度、排氣氧（二氧化碳）濃度等化學(xué)參數(shù)：基質(zhì)濃度（包括糖、氮、磷）、pH、產(chǎn)物濃度、核酸量等生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌體濃度、菌體比生長(zhǎng)速率、呼吸強(qiáng)度、攝氧率、關(guān)鍵酶活力等直接參數(shù)：如T、pH、罐壓、空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速、溶氧濃度等間接參數(shù)：將直接參數(shù)通過(guò)公式計(jì)算獲得的如攝氧率(γ)、呼吸強(qiáng)度(QO2)、比生長(zhǎng)速率（μ)、體積溶氧系數(shù)(KLa)、呼吸商(RQ)等。2.發(fā)酵熱：發(fā)酵過(guò)程中釋放出的凈熱量。[J/m3·h]或單位體積的發(fā)酵液在單位時(shí)間內(nèi)釋放出來(lái)的凈熱量。Q發(fā)酵=Q生物+Q攪拌-Q蒸發(fā)-Q顯–Q輻射生物熱：產(chǎn)生菌在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中本身會(huì)產(chǎn)生大量的熱，此為生物熱。攪拌熱（Q攪拌）：攪拌帶動(dòng)發(fā)酵液作機(jī)械運(yùn)動(dòng)，造成液體之間、液體和設(shè)備之間的摩擦，產(chǎn)生數(shù)量可觀的熱。蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā))：空氣進(jìn)入發(fā)酵罐后，就和發(fā)酵液廣泛接觸進(jìn)行熱交換，同時(shí)必然會(huì)引起水分的蒸發(fā)，蒸發(fā)所需的熱量即為蒸發(fā)熱。顯熱（Q顯）：排出氣體所帶的熱輻射熱（Q輻射）：因罐內(nèi)外的溫度不同，發(fā)酵液中有部分熱通過(guò)罐體向外輻射。輻射熱的大小決定于罐內(nèi)外的溫差3.溫度對(duì)發(fā)酵的影響體現(xiàn)在影響發(fā)酵動(dòng)力學(xué)特性，改變菌體代謝產(chǎn)物的合成方向，影響微生物大的代謝調(diào)節(jié)機(jī)制，影響發(fā)酵液的理化性質(zhì)和產(chǎn)物的生物合成。四環(huán)素發(fā)酵中金色鏈霉菌同時(shí)能產(chǎn)生金霉素。在低于30℃下，該菌合成金霉素能力較強(qiáng)；溫度提高，合成四環(huán)素的比例提高；在溫度達(dá)到35℃時(shí)，則只產(chǎn)生四環(huán)素，金霉素的合成停止。溫度對(duì)發(fā)酵的影響：1）溫度影響產(chǎn)物合成的速率及產(chǎn)量2）溫度可能會(huì)影響終產(chǎn)物的質(zhì)量3）溫度還可能影響生物合成的方向4.最適溫度：是指在該溫度下最適于菌的生長(zhǎng)或產(chǎn)物的形成。在發(fā)酵的整個(gè)周期內(nèi)僅選一個(gè)溫度不一定好。因?yàn)樽钸m合菌生長(zhǎng)的溫度不一定適合產(chǎn)物的合成。發(fā)酵過(guò)程中，在生長(zhǎng)初期抗生素還未開(kāi)始合成，菌絲還未長(zhǎng)濃，這時(shí)的溫度應(yīng)適于微生物的生長(zhǎng)；到抗生素分泌期，菌絲已長(zhǎng)到一定濃度，積累抗生素是重點(diǎn)考慮，此時(shí)應(yīng)滿足生物合成的最適溫度。5.引起pH下降的因素：（凡是導(dǎo)致酸性物質(zhì)生成或釋放及堿性物質(zhì)消耗的發(fā)酵，其pH都會(huì)下降）1）培養(yǎng)基中碳氮比例不當(dāng)，碳源過(guò)多，特別是葡萄糖過(guò)量，或者中間補(bǔ)糖過(guò)多加之溶解氧不足，致使有機(jī)酸大量積累而pH下降。2）消泡油加得過(guò)多3）生理酸性物質(zhì)的存在，氨被利用，pH下降引起pH上升的因素：（凡是導(dǎo)致堿性物質(zhì)生成或釋放及酸性物質(zhì)消耗的發(fā)酵，其pH都會(huì)下降）1）培養(yǎng)基中碳氮比例不當(dāng)，氮源過(guò)多，氨基氮釋放，使pH上升。2）生理堿性物質(zhì)存在3）中間補(bǔ)料中氨水或尿素等堿性物質(zhì)的加入過(guò)多使pH上升。大多數(shù)細(xì)菌生長(zhǎng)的最適pH6.3～7.5霉菌最適生長(zhǎng)pH3～6放線菌生長(zhǎng)最適pH7～86.發(fā)酵液中溶解氧的控制培養(yǎng)液中溶解氧濃度的任何變化都是供需平衡的結(jié)果，因此調(diào)節(jié)發(fā)酵液中溶氧量不外乎從供、需兩方面考慮、著手。1、供氧方面1）增加空氣中氧的含量，使氧分壓增加，進(jìn)行富氧通氣2）提高罐壓3）改變通氣速率4）增加攪拌速度2、需氧方面1）調(diào)整養(yǎng)料的濃度2）調(diào)節(jié)控制溫度Note：溶氧濃度必須與其它參數(shù)配合起來(lái)分析泡沫的控制兩種方式：1機(jī)械消泡2化學(xué)消泡消泡劑的種類：1）天然油脂用豆油、玉米油、米糠油（能兼作碳源）